本發明涉及壓縮機技術領域，特別涉及一種葉輪鎖緊結構和壓縮機。

背景技術：

離心壓縮機的葉輪對氣體做功，以提高氣體能量，且氣體增加的能量與葉輪的轉速成正相關。根據壓比不同，葉輪轉速每分鐘可達幾千轉。例如，當壓比高時，甚至達25000rpm以上。因此，為保證葉輪工作時的可靠性與安全性，葉輪鎖緊結構起著重要作用。

現有技術中的離心壓縮機常用的葉輪鎖緊方式有兩種：一種是熱套配合鎖緊，另一種是鍵配合鎖緊。

其中，熱套配合鎖緊時，將葉輪加熱至100℃左右，使其受熱膨脹后，迅速與主軸裝配，這樣，便可利用葉輪冷卻后產生的裝配過盈量達到鎖緊目的。雖然熱套配合鎖緊結構簡單，不需增加其他零件，但需要加熱設備，且不利于拆卸，并對裝配工藝有嚴格要求。

現有技術中的鍵配合鎖緊時，需要依靠鍵槽與鍵的配合來約束葉輪的位移并傳遞力矩。但是，由于采用的鍵是標準件，其固有的直角結構致使鍵槽端部的應力集中較大，降低葉輪強度。

技術實現要素：

本發明提供了一種葉輪鎖緊結構和壓縮機，以解決現有技術中鍵配合的應力集中較大，葉輪強度較低的問題。

為解決上述問題，作為本發明的一個方面，提供了一種葉輪鎖緊結構，包括葉輪、主軸和鍵，所述葉輪的軸孔的內壁上開設有葉輪鍵槽，所述主軸的外表面上開設有與所述葉輪鍵槽對應設置的主軸鍵槽，鍵容置安裝于所述葉輪鍵槽與所述主軸鍵槽之間，以實現所述葉輪和主軸的周向固定，所述葉輪鍵槽與所述主軸鍵槽的徑向截面均為光滑曲線。

優選地，所述主軸包括第一端和第二端，所述主軸鍵槽位于所述第一端與所述第二端之間。

優選地，所述主軸的第一端形成有螺紋，所述主軸的第二端形成有軸肩。

優選地，所述葉輪鎖緊結構還包括安裝在所述第一端的鎖緊螺母，所述葉輪被軸向鎖緊于所述軸肩與所述鎖緊螺母之間。

優選地，所述鎖緊螺母的公稱直徑M與所述軸肩的直徑D之間滿足：1.3M≤D≤1.8M。

優選地，所述鎖緊螺母和/或所述軸肩的與所述葉輪接觸的表面的面粗糙度小于或等于3.2μm。

優選地，所述鎖緊螺母和/或所述軸肩的與所述葉輪接觸的表面對所述主軸的中心線的垂直度小于或等于0.05mm。

優選地，所述鎖緊螺母的軸向長度L1、所述葉輪鍵槽的軸向長度L2、所述主軸鍵槽的軸向長度L3滿足：L1>2(L3-L2)。

優選地，所述鍵為球形，且所述球形的半徑R1與所述鎖緊螺母的公稱直徑M之間滿足以下關系：0.2M≤R1≤0.4M。

優選地，所述鍵為球形，所述鍵的個數n、所述主軸鍵槽的軸向長度L2、所述鍵的截面半徑R1之間滿足：n<(L2/(2R1))。

優選地，所述鍵與所述主軸鍵槽為過盈配合。

優選地，所述鍵與所述葉輪鍵槽為點接觸。

優選地，所述鍵為球形，所述主軸鍵槽的深度t、所述鍵的截面半徑R1及所述主軸鍵槽的截面半徑R2之間滿足：t＝R1＝R2。

優選地，所述鍵為球形，所述主軸鍵槽的軸向長度L3、所述葉輪鍵槽的軸向長度L2、所述鍵的截面半徑R1之間滿足：L3≥(L2+2R1)。

優選地，所述主軸鍵槽的軸向長度L3、所述葉輪鍵槽的軸向長度L2、所述鍵的截面半徑R1之間滿足：(L2+2R1)≤L3≤1.2(L2+2R1)。

優選地，所述主軸鍵槽為球狀溝槽，所述球狀溝槽的內表面由一個球體沿所述主軸鍵槽的延伸方向由所述主軸鍵槽的一端滾動至另一端的過程中所形成的輪廓面構成。

優選地，所述主軸上形成有多個所述主軸鍵槽，所述多個主軸鍵槽沿所述主軸的周向均勻分布。

優選地，所述主軸鍵槽的數量為偶數。

優選地，所述主軸鍵槽的個數為2至4個。

優選地，所述葉輪鍵槽與所述主軸鍵槽之間形成第一空間，所述第一空間沿所述葉輪徑向截面的軸向投影為圓形。

優選地，所述圓形的圓心位于所述葉輪鍵槽的一側。

優選地，所述鍵為球形、或圓柱形、或橢圓柱形。

優選地，所述葉輪鎖緊結構包括多個球形的所述鍵，各所述鍵之間的直徑誤差小于或等于50μm。

本發明還提供了一種壓縮機，包括上述的葉輪鎖緊結構。

由于本發明中的葉輪鍵槽與主軸鍵槽采用圓潤結構設計，突破了現有技術中傳統的鍵及鍵槽的固定結構，有效地解決鍵配合的應力集中問題，提高了葉輪強度。本發明中的鍵槽減少了對主軸的削弱程度，在同等強度極限下，采用本發明能設置更多的鍵槽與鍵，從而提高載荷分布的均勻性與傳遞主軸力矩能力，進而提升壓縮機制冷能力。本發明中的結構簡單、安全可靠，且加工性好，易于推廣。

附圖說明

圖1示意性地示出了本發明中的葉輪鎖緊結構的分解圖；

圖2示意性地示出了本發明中的葉輪鎖緊結構的剖視圖；

圖3示意性地示出了圖2的A-A剖視圖。

圖中附圖標記：1、葉輪；2、主軸；3、鍵；4、葉輪鍵槽；5、主軸鍵槽；6、軸肩；7、鎖緊螺母。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

請參考圖1至圖3，本發明中的葉輪鎖緊結構包括葉輪1、主軸2和一個或多個(2個以上)用于傳遞動力的鍵3。該葉輪鎖緊結構特別適合于在離心壓縮機等場合使用。

其中，葉輪1的中部具有一個軸孔，在軸孔的內壁上形成有一個或多個葉輪鍵槽4。此外，在主軸2的外表面上，開設一個或多個與葉輪鍵槽4對應設置的主軸鍵槽5。這樣，當主軸2安裝到葉輪1的軸孔內時，將鍵3容置安裝在葉輪鍵槽4與主軸鍵槽5之間，使得葉輪1和主軸2的周向固定，從而傳遞運動和轉矩，以及傳遞動力。與現有技術不同的是，本發明中的葉輪鍵槽4與主軸鍵槽5的徑向截面，也是沿葉輪1或主軸2徑向截面的軸向投影，均為光滑曲線。例如，葉輪鍵槽4與主軸鍵槽5之間形成第一空間，第一空間沿葉輪1徑向截面的軸向投影為圓形等具有圓滑過渡形狀的曲面圍成。

由于本發明中的葉輪鍵槽與主軸鍵槽采用圓潤結構設計，突破了現有技術中傳統的鍵及鍵槽的固定結構，有效地解決鍵配合的應力集中問題，提高了葉輪強度。本發明中的鍵槽減少了對主軸的削弱程度，在同等強度極限下，采用本發明能設置更多的鍵槽與鍵，從而提高載荷分布的均勻性與傳遞主軸力矩能力，進而提升壓縮機制冷能力。本發明中的結構簡單、安全可靠，且加工性好，易于推廣。

如圖1和圖2所示，本發明中的主軸2包括第一端和第二端，在第一端與第二端之間的位置處，設置有上述的主軸鍵槽5。如圖所示，主軸鍵槽5僅占據主軸2的中間的一部分長度。

為了安裝的目的，本發明在主軸2的第一端上設置外螺紋，并在主軸2的第二端的一部分位置處突出地形成軸肩6，從而使主軸2形成為一個階梯軸。安裝時，將主軸2的第一端穿過葉輪1的軸孔，使葉輪1的右側靠在軸肩6上，然后再在主軸2的第一端上安裝一個鎖緊螺母7。這樣，便可將葉輪1軸向鎖緊固定到主軸2上。優選地，鎖緊螺母7的內徑帶有普通公制內螺紋，并通過螺紋與主軸2連接，進而實現對葉輪1軸向固定。優選地，鎖緊螺母7的公稱直徑M與軸肩6的直徑D之間滿足：1.3M≤D≤1.8M。

為了保證葉輪鎖緊后的裝配垂直度，優選地，鎖緊螺母7和/或軸肩6的與葉輪1接觸的表面的面粗糙度小于或等于3.2μm，或者更優選地，鎖緊螺母7和/或軸肩6的與葉輪1接觸的表面對主軸2的中心線的垂直度小于或等于0.05mm。

為了保證螺紋連接的有效長度，鎖緊螺母7的軸向長度L1、葉輪鍵槽4的軸向長度L2、主軸鍵槽5的軸向長度L3優選滿足：L1>2(L3-L2)。

優選地，鍵3為球形，考慮到主軸強度和被鎖緊對象之間的關系，本發明優選地，球形的半徑R1與鎖緊螺母7的公稱直徑M之間滿足以下關系：0.2M≤R1≤0.4M。采用球形的鍵3，由于其結構常規、簡單，因此易于實現批量生產。

當主軸鍵槽5的軸向長度L2較大、鍵3的數量越多時，鍵3的傳遞力矩越平穩。考慮到鎖緊螺母7對葉輪1的鎖緊作用，優選地，鎖緊螺母7的個數n、主軸鍵槽5的軸向長度L2、鍵3的截面半徑R1之間滿足：n<(L2/(2R1))。

優選地，鍵3與主軸鍵槽5為過盈配合，過盈量可根據設計需要查詢手冊而定。鍵3與葉輪鍵槽4之間的接觸副為點接觸。工作時，為了使葉輪對鍵3的反作用力水平且經過鍵3的球心，優選地，主軸鍵槽5的深度t、鍵3的截面半徑R1及主軸鍵槽5的截面半徑R2之間滿足：t＝R1＝R2。

為了實現鍵3和葉輪1的自由裝配(即鍵3、葉輪1無先后裝配順序之分)，優選地，主軸鍵槽5的軸向長度L3、葉輪鍵槽4的軸向長度L2、鍵3的截面半徑R1之間滿足：L3≥(L2+2R1)。結合上述的保證鎖緊螺母7與主軸2的螺紋有效連接長度，一般地，主軸鍵槽5的軸向長度L3、葉輪鍵槽4的軸向長度L2、鍵3的截面半徑R1之間滿足：(L2+2R1)≤L3≤1.2(L2+2R1)。

為了減少主軸鍵槽5的加工應力，降低對主軸2的削弱作用，主軸鍵槽5采用“球狀溝槽”。更具體地說，球狀溝槽的內表面由一個球體沿主軸鍵槽5的延伸方向由主軸鍵槽5的一端滾動至另一端的過程中所形成的輪廓面構成。圖2所示，主軸鍵槽5的左、右兩端，為剛好包裹鍵3的球面形狀。另外的，隨著主軸鍵槽5的深度t不同，橫截面形狀應為不同弧長的圓弧形狀

為了改善主軸2及鍵3受力環境，優選地，主軸鍵槽5的數量為偶數。

優選地，主軸2上形成有多個主軸鍵槽5，多個主軸鍵槽5沿主軸2的周向均勻分布。考慮到鍵槽對軸強度削弱作用，優選地，主軸鍵槽5的個數為2至4個。優選地，圓形的圓心位于葉輪鍵槽4的一側。

本發明中的鍵3應采用球類的圓潤結構，這樣，一方面可以減少加工應力，另一方面，當裝配主軸和葉輪時，鍵3作為兩者的連接媒介，可以改滑動裝配為滾動裝配，以減小摩擦、改進裝配工藝。除了球狀，鍵3還可以加工成圓柱狀、橢圓柱形、或其他圓潤結構的形狀。

優選地，葉輪鎖緊結構包括多個鍵3，為了保證傳遞力矩的可靠性以及傳遞載荷的均勻性，各鍵3之間的形狀(直徑)誤差小于或等于5絲(50μm)。

通過上述的葉輪鎖緊結構，不但能有效地鎖緊葉輪，優化葉輪工作環境，而且便于裝配和拆卸葉輪，提高了裝配效率與售后可操作性。

本發明還提供了一種壓縮機，包括上述的葉輪鎖緊結構。

由于采用了上述技術方案，本發明可解決熱套配合鎖緊葉輪時，葉輪和主軸裝配技術難度大及裝配后難以拆卸的問題；鍵配合鎖緊葉輪時，鍵槽及鍵應力集中問題。與熱套配合鎖緊對比，本發明簡化了葉輪裝配工藝、設備，提高了裝配效率，拆卸方便；與熱套配合鎖緊對比，本發明中的柔性葉輪鎖緊結構，既能有效地鎖緊葉輪，優化葉輪工作環境，又能便于裝配和拆卸葉輪，提高裝配效率與售后可操作性。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。